New URL for NEMO forge!   http://forge.nemo-ocean.eu

Since March 2022 along with NEMO 4.2 release, the code development moved to a self-hosted GitLab.
This present forge is now archived and remained online for history.
dynhpg.F90 in branches/2011/dev_NEMO_MERGE_2011/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/DYN – NEMO

source: branches/2011/dev_NEMO_MERGE_2011/NEMOGCM/NEMO/OPA_SRC/DYN/dynhpg.F90 @ 3118

Last change on this file since 3118 was 3118, checked in by cetlod, 12 years ago

branch dev_NEMO_MERGE_2011/NEMOGCM: minor bug corrections

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 52.6 KB
Line 
1MODULE dynhpg
2   !!======================================================================
3   !!                       ***  MODULE  dynhpg  ***
4   !! Ocean dynamics:  hydrostatic pressure gradient trend
5   !!======================================================================
6   !! History :  OPA  !  1987-09  (P. Andrich, M.-A. Foujols)  hpg_zco: Original code
7   !!            5.0  !  1991-11  (G. Madec)
8   !!            7.0  !  1996-01  (G. Madec)  hpg_sco: Original code for s-coordinates
9   !!            8.0  !  1997-05  (G. Madec)  split dynber into dynkeg and dynhpg
10   !!            8.5  !  2002-07  (G. Madec)  F90: Free form and module
11   !!            8.5  !  2002-08  (A. Bozec)  hpg_zps: Original code
12   !!   NEMO     1.0  !  2005-10  (A. Beckmann, B.W. An)  various s-coordinate options
13   !!                 !         Original code for hpg_ctl, hpg_hel hpg_wdj, hpg_djc, hpg_rot
14   !!             -   !  2005-11  (G. Madec) style & small optimisation
15   !!            3.3  !  2010-10  (C. Ethe, G. Madec) reorganisation of initialisation phase
16   !!            3.4  !  2011-11  (A. Coward, H. Liu) introduction of prj scheme;
17   !!                 !           suppression of hel, wdj and rot options
18   !!----------------------------------------------------------------------
19
20   !!----------------------------------------------------------------------
21   !!   dyn_hpg      : update the momentum trend with the now horizontal
22   !!                  gradient of the hydrostatic pressure
23   !!   dyn_hpg_init : initialisation and control of options
24   !!       hpg_zco  : z-coordinate scheme
25   !!       hpg_zps  : z-coordinate plus partial steps (interpolation)
26   !!       hpg_sco  : s-coordinate (standard jacobian formulation)
27   !!       hpg_djc  : s-coordinate (Density Jacobian with Cubic polynomial)
28   !!       hpg_prj  : s-coordinate (Pressure Jacobian with Cubic polynomial)
29   !!----------------------------------------------------------------------
30   USE oce             ! ocean dynamics and tracers
31   USE dom_oce         ! ocean space and time domain
32   USE phycst          ! physical constants
33   USE trdmod          ! ocean dynamics trends
34   USE trdmod_oce      ! ocean variables trends
35   USE in_out_manager  ! I/O manager
36   USE prtctl          ! Print control
37   USE lbclnk          ! lateral boundary condition
38   USE lib_mpp         ! MPP library
39
40   IMPLICIT NONE
41   PRIVATE
42
43   PUBLIC   dyn_hpg        ! routine called by step module
44   PUBLIC   dyn_hpg_init   ! routine called by opa module
45
46   !                                              !!* Namelist namdyn_hpg : hydrostatic pressure gradient
47   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_hpg_zco    = .TRUE.    !: z-coordinate - full steps
48   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_hpg_zps    = .FALSE.   !: z-coordinate - partial steps (interpolation)
49   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_hpg_sco    = .FALSE.   !: s-coordinate (standard jacobian formulation)
50   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_hpg_djc    = .FALSE.   !: s-coordinate (Density Jacobian with Cubic polynomial)
51   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_hpg_prj    = .FALSE.   !: s-coordinate (Pressure Jacobian scheme)
52   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_dynhpg_imp = .FALSE.   !: semi-implicite hpg flag
53
54   INTEGER  ::   nhpg  =  0   ! = 0 to 7, type of pressure gradient scheme used ! (deduced from ln_hpg_... flags)
55
56   !! * Substitutions
57#  include "domzgr_substitute.h90"
58#  include "vectopt_loop_substitute.h90"
59   !!----------------------------------------------------------------------
60   !! NEMO/OPA 3.3 , NEMO Consortium (2010)
61   !! $Id$
62   !! Software governed by the CeCILL licence     (NEMOGCM/NEMO_CeCILL.txt)
63   !!----------------------------------------------------------------------
64CONTAINS
65
66   SUBROUTINE dyn_hpg( kt )
67      !!---------------------------------------------------------------------
68      !!                  ***  ROUTINE dyn_hpg  ***
69      !!
70      !! ** Method  :   Call the hydrostatic pressure gradient routine
71      !!              using the scheme defined in the namelist
72      !!   
73      !! ** Action : - Update (ua,va) with the now hydrastatic pressure trend
74      !!             - Save the trend (l_trddyn=T)
75      !!----------------------------------------------------------------------
76      USE oce, ONLY:   tsa                         ! (tsa) used as 2 3D workspace
77      !!
78      INTEGER, INTENT(in) ::   kt   ! ocean time-step index
79      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  ztrdu, ztrdv
80      !!----------------------------------------------------------------------
81      !
82      IF( l_trddyn ) THEN                    ! Temporary saving of ua and va trends (l_trddyn)
83         ztrdu => tsa(:,:,:,1) 
84         ztrdv => tsa(:,:,:,2) 
85         !
86         ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:) 
87         ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:) 
88      ENDIF     
89      !
90      SELECT CASE ( nhpg )      ! Hydrostatic pressure gradient computation
91      CASE (  0 )   ;   CALL hpg_zco    ( kt )      ! z-coordinate
92      CASE (  1 )   ;   CALL hpg_zps    ( kt )      ! z-coordinate plus partial steps (interpolation)
93      CASE (  2 )   ;   CALL hpg_sco    ( kt )      ! s-coordinate (standard jacobian formulation)
94      CASE (  3 )   ;   CALL hpg_djc    ( kt )      ! s-coordinate (Density Jacobian with Cubic polynomial)
95      CASE (  4 )   ;   CALL hpg_prj    ( kt )      ! s-coordinate (Pressure Jacobian scheme)
96      END SELECT
97      !
98      IF( l_trddyn ) THEN      ! save the hydrostatic pressure gradient trends for momentum trend diagnostics
99         ztrdu(:,:,:) = ua(:,:,:) - ztrdu(:,:,:)
100         ztrdv(:,:,:) = va(:,:,:) - ztrdv(:,:,:)
101         CALL trd_mod( ztrdu, ztrdv, jpdyn_trd_hpg, 'DYN', kt )
102      ENDIF         
103      !
104      IF(ln_ctl)   CALL prt_ctl( tab3d_1=ua, clinfo1=' hpg  - Ua: ', mask1=umask,   &
105         &                       tab3d_2=va, clinfo2=       ' Va: ', mask2=vmask, clinfo3='dyn' )
106      !
107   END SUBROUTINE dyn_hpg
108
109
110   SUBROUTINE dyn_hpg_init
111      !!----------------------------------------------------------------------
112      !!                 ***  ROUTINE dyn_hpg_init  ***
113      !!
114      !! ** Purpose :   initializations for the hydrostatic pressure gradient
115      !!              computation and consistency control
116      !!
117      !! ** Action  :   Read the namelist namdyn_hpg and check the consistency
118      !!      with the type of vertical coordinate used (zco, zps, sco)
119      !!----------------------------------------------------------------------
120      INTEGER ::   ioptio = 0      ! temporary integer
121      !!
122      NAMELIST/namdyn_hpg/ ln_hpg_zco, ln_hpg_zps, ln_hpg_sco,     &
123         &                 ln_hpg_djc, ln_hpg_prj, ln_dynhpg_imp
124      !!----------------------------------------------------------------------
125      !
126      REWIND( numnam )               ! Read Namelist namdyn_hpg
127      READ  ( numnam, namdyn_hpg )
128      !
129      IF(lwp) THEN                   ! Control print
130         WRITE(numout,*)
131         WRITE(numout,*) 'dyn_hpg_init : hydrostatic pressure gradient initialisation'
132         WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~~'
133         WRITE(numout,*) '   Namelist namdyn_hpg : choice of hpg scheme'
134         WRITE(numout,*) '      z-coord. - full steps                             ln_hpg_zco    = ', ln_hpg_zco
135         WRITE(numout,*) '      z-coord. - partial steps (interpolation)          ln_hpg_zps    = ', ln_hpg_zps
136         WRITE(numout,*) '      s-coord. (standard jacobian formulation)          ln_hpg_sco    = ', ln_hpg_sco
137         WRITE(numout,*) '      s-coord. (Density Jacobian: Cubic polynomial)     ln_hpg_djc    = ', ln_hpg_djc
138         WRITE(numout,*) '      s-coord. (Pressure Jacobian: Cubic polynomial)    ln_hpg_prj    = ', ln_hpg_prj
139         WRITE(numout,*) '      time stepping: centered (F) or semi-implicit (T)  ln_dynhpg_imp = ', ln_dynhpg_imp
140      ENDIF
141      !
142      IF( lk_vvl .AND. .NOT. (ln_hpg_sco.OR.ln_hpg_prj) )   &
143         &   CALL ctl_stop('dyn_hpg_init : variable volume key_vvl requires:&
144                           & the standard jacobian formulation hpg_sco or &
145                           & the pressure jacobian formulation hpg_prj')
146      !
147      !                               ! Set nhpg from ln_hpg_... flags
148      IF( ln_hpg_zco )   nhpg = 0
149      IF( ln_hpg_zps )   nhpg = 1
150      IF( ln_hpg_sco )   nhpg = 2
151      IF( ln_hpg_djc )   nhpg = 3
152      IF( ln_hpg_prj )   nhpg = 4
153      !
154      !                               ! Consistency check
155      ioptio = 0 
156      IF( ln_hpg_zco )   ioptio = ioptio + 1
157      IF( ln_hpg_zps )   ioptio = ioptio + 1
158      IF( ln_hpg_sco )   ioptio = ioptio + 1
159      IF( ln_hpg_djc )   ioptio = ioptio + 1
160      IF( ln_hpg_prj )   ioptio = ioptio + 1
161      IF( ioptio /= 1 )   CALL ctl_stop( 'NO or several hydrostatic pressure gradient options used' )
162      !
163   END SUBROUTINE dyn_hpg_init
164
165
166   SUBROUTINE hpg_zco( kt )
167      !!---------------------------------------------------------------------
168      !!                  ***  ROUTINE hpg_zco  ***
169      !!
170      !! ** Method  :   z-coordinate case, levels are horizontal surfaces.
171      !!      The now hydrostatic pressure gradient at a given level, jk,
172      !!      is computed by taking the vertical integral of the in-situ
173      !!      density gradient along the model level from the suface to that
174      !!      level:    zhpi = grav .....
175      !!                zhpj = grav .....
176      !!      add it to the general momentum trend (ua,va).
177      !!            ua = ua - 1/e1u * zhpi
178      !!            va = va - 1/e2v * zhpj
179      !!
180      !! ** Action : - Update (ua,va) with the now hydrastatic pressure trend
181      !!----------------------------------------------------------------------
182      USE oce, ONLY:   tsa                         ! (tsa) used as 2 3D workspace
183      !!
184      INTEGER, INTENT(in) ::   kt    ! ocean time-step index
185      !!
186      INTEGER  ::   ji, jj, jk       ! dummy loop indices
187      REAL(wp) ::   zcoef0, zcoef1   ! temporary scalars
188      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  zhpi, zhpj 
189      !!----------------------------------------------------------------------
190     
191      zhpi => tsa(:,:,:,1) 
192      zhpj => tsa(:,:,:,2) 
193      !
194      IF( kt == nit000 ) THEN
195         IF(lwp) WRITE(numout,*)
196         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_zco : hydrostatic pressure gradient trend'
197         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   z-coordinate case '
198      ENDIF
199     
200      zcoef0 = - grav * 0.5_wp      ! Local constant initialization
201
202      ! Surface value
203      DO jj = 2, jpjm1
204         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
205            zcoef1 = zcoef0 * fse3w(ji,jj,1)
206            ! hydrostatic pressure gradient
207            zhpi(ji,jj,1) = zcoef1 * ( rhd(ji+1,jj,1) - rhd(ji,jj,1) ) / e1u(ji,jj)
208            zhpj(ji,jj,1) = zcoef1 * ( rhd(ji,jj+1,1) - rhd(ji,jj,1) ) / e2v(ji,jj)
209            ! add to the general momentum trend
210            ua(ji,jj,1) = ua(ji,jj,1) + zhpi(ji,jj,1)
211            va(ji,jj,1) = va(ji,jj,1) + zhpj(ji,jj,1)
212         END DO
213      END DO
214
215      !
216      ! interior value (2=<jk=<jpkm1)
217      DO jk = 2, jpkm1
218         DO jj = 2, jpjm1
219            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
220               zcoef1 = zcoef0 * fse3w(ji,jj,jk)
221               ! hydrostatic pressure gradient
222               zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1)   &
223                  &           + zcoef1 * (  ( rhd(ji+1,jj,jk)+rhd(ji+1,jj,jk-1) )   &
224                  &                       - ( rhd(ji  ,jj,jk)+rhd(ji  ,jj,jk-1) )  ) / e1u(ji,jj)
225
226               zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk-1)   &
227                  &           + zcoef1 * (  ( rhd(ji,jj+1,jk)+rhd(ji,jj+1,jk-1) )   &
228                  &                       - ( rhd(ji,jj,  jk)+rhd(ji,jj  ,jk-1) )  ) / e2v(ji,jj)
229               ! add to the general momentum trend
230               ua(ji,jj,jk) = ua(ji,jj,jk) + zhpi(ji,jj,jk)
231               va(ji,jj,jk) = va(ji,jj,jk) + zhpj(ji,jj,jk)
232            END DO
233         END DO
234      END DO
235      !
236   END SUBROUTINE hpg_zco
237
238
239   SUBROUTINE hpg_zps( kt )
240      !!---------------------------------------------------------------------
241      !!                 ***  ROUTINE hpg_zps  ***
242      !!                   
243      !! ** Method  :   z-coordinate plus partial steps case.  blahblah...
244      !!
245      !! ** Action  : - Update (ua,va) with the now hydrastatic pressure trend
246      !!----------------------------------------------------------------------
247      USE oce, ONLY:   tsa                         ! (tsa) used as 2 3D workspace
248      !!
249      INTEGER, INTENT(in) ::   kt    ! ocean time-step index
250      !!
251      INTEGER  ::   ji, jj, jk                       ! dummy loop indices
252      INTEGER  ::   iku, ikv                         ! temporary integers
253      REAL(wp) ::   zcoef0, zcoef1, zcoef2, zcoef3   ! temporary scalars
254      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  zhpi, zhpj 
255      !!----------------------------------------------------------------------
256       
257      zhpi => tsa(:,:,:,1) 
258      zhpj => tsa(:,:,:,2) 
259      !
260      IF( kt == nit000 ) THEN
261         IF(lwp) WRITE(numout,*)
262         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_zps : hydrostatic pressure gradient trend'
263         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   z-coordinate with partial steps - vector optimization'
264      ENDIF
265
266
267      ! Local constant initialization
268      zcoef0 = - grav * 0.5_wp
269
270      !  Surface value (also valid in partial step case)
271      DO jj = 2, jpjm1
272         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
273            zcoef1 = zcoef0 * fse3w(ji,jj,1)
274            ! hydrostatic pressure gradient
275            zhpi(ji,jj,1) = zcoef1 * ( rhd(ji+1,jj  ,1) - rhd(ji,jj,1) ) / e1u(ji,jj)
276            zhpj(ji,jj,1) = zcoef1 * ( rhd(ji  ,jj+1,1) - rhd(ji,jj,1) ) / e2v(ji,jj)
277            ! add to the general momentum trend
278            ua(ji,jj,1) = ua(ji,jj,1) + zhpi(ji,jj,1)
279            va(ji,jj,1) = va(ji,jj,1) + zhpj(ji,jj,1)
280         END DO
281      END DO
282
283
284      ! interior value (2=<jk=<jpkm1)
285      DO jk = 2, jpkm1
286         DO jj = 2, jpjm1
287            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
288               zcoef1 = zcoef0 * fse3w(ji,jj,jk)
289               ! hydrostatic pressure gradient
290               zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1)   &
291                  &           + zcoef1 * (  ( rhd(ji+1,jj,jk) + rhd(ji+1,jj,jk-1) )   &
292                  &                       - ( rhd(ji  ,jj,jk) + rhd(ji  ,jj,jk-1) )  ) / e1u(ji,jj)
293
294               zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk-1)   &
295                  &           + zcoef1 * (  ( rhd(ji,jj+1,jk) + rhd(ji,jj+1,jk-1) )   &
296                  &                       - ( rhd(ji,jj,  jk) + rhd(ji,jj  ,jk-1) )  ) / e2v(ji,jj)
297               ! add to the general momentum trend
298               ua(ji,jj,jk) = ua(ji,jj,jk) + zhpi(ji,jj,jk)
299               va(ji,jj,jk) = va(ji,jj,jk) + zhpj(ji,jj,jk)
300            END DO
301         END DO
302      END DO
303
304
305      ! partial steps correction at the last level  (use gru & grv computed in zpshde.F90)
306# if defined key_vectopt_loop
307         jj = 1
308         DO ji = jpi+2, jpij-jpi-1   ! vector opt. (forced unrolling)
309# else
310      DO jj = 2, jpjm1
311         DO ji = 2, jpim1
312# endif
313            iku = mbku(ji,jj)
314            ikv = mbkv(ji,jj)
315            zcoef2 = zcoef0 * MIN( fse3w(ji,jj,iku), fse3w(ji+1,jj  ,iku) )
316            zcoef3 = zcoef0 * MIN( fse3w(ji,jj,ikv), fse3w(ji  ,jj+1,ikv) )
317            IF( iku > 1 ) THEN            ! on i-direction (level 2 or more)
318               ua  (ji,jj,iku) = ua(ji,jj,iku) - zhpi(ji,jj,iku)         ! subtract old value
319               zhpi(ji,jj,iku) = zhpi(ji,jj,iku-1)                   &   ! compute the new one
320                  &            + zcoef2 * ( rhd(ji+1,jj,iku-1) - rhd(ji,jj,iku-1) + gru(ji,jj) ) / e1u(ji,jj)
321               ua  (ji,jj,iku) = ua(ji,jj,iku) + zhpi(ji,jj,iku)         ! add the new one to the general momentum trend
322            ENDIF
323            IF( ikv > 1 ) THEN            ! on j-direction (level 2 or more)
324               va  (ji,jj,ikv) = va(ji,jj,ikv) - zhpj(ji,jj,ikv)         ! subtract old value
325               zhpj(ji,jj,ikv) = zhpj(ji,jj,ikv-1)                   &   ! compute the new one
326                  &            + zcoef3 * ( rhd(ji,jj+1,ikv-1) - rhd(ji,jj,ikv-1) + grv(ji,jj) ) / e2v(ji,jj)
327               va  (ji,jj,ikv) = va(ji,jj,ikv) + zhpj(ji,jj,ikv)         ! add the new one to the general momentum trend
328            ENDIF
329# if ! defined key_vectopt_loop
330         END DO
331# endif
332      END DO
333      !
334
335   END SUBROUTINE hpg_zps
336
337
338   SUBROUTINE hpg_sco( kt )
339      !!---------------------------------------------------------------------
340      !!                  ***  ROUTINE hpg_sco  ***
341      !!
342      !! ** Method  :   s-coordinate case. Jacobian scheme.
343      !!      The now hydrostatic pressure gradient at a given level, jk,
344      !!      is computed by taking the vertical integral of the in-situ
345      !!      density gradient along the model level from the suface to that
346      !!      level. s-coordinates (ln_sco): a corrective term is added
347      !!      to the horizontal pressure gradient :
348      !!         zhpi = grav .....  + 1/e1u mi(rhd) di[ grav dep3w ]
349      !!         zhpj = grav .....  + 1/e2v mj(rhd) dj[ grav dep3w ]
350      !!      add it to the general momentum trend (ua,va).
351      !!         ua = ua - 1/e1u * zhpi
352      !!         va = va - 1/e2v * zhpj
353      !!
354      !! ** Action : - Update (ua,va) with the now hydrastatic pressure trend
355      !!----------------------------------------------------------------------
356      USE oce, ONLY:   tsa                         ! (tsa) used as 2 3D workspace
357      !!
358      INTEGER, INTENT(in) ::   kt    ! ocean time-step index
359      !!
360      INTEGER  ::   ji, jj, jk                 ! dummy loop indices
361      REAL(wp) ::   zcoef0, zuap, zvap, znad   ! temporary scalars
362      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  zhpi, zhpj 
363      !!----------------------------------------------------------------------
364
365      zhpi => tsa(:,:,:,1) 
366      zhpj => tsa(:,:,:,2) 
367      !
368      IF( kt == nit000 ) THEN
369         IF(lwp) WRITE(numout,*)
370         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_sco : hydrostatic pressure gradient trend'
371         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   s-coordinate case, OPA original scheme used'
372      ENDIF
373
374      ! Local constant initialization
375      zcoef0 = - grav * 0.5_wp
376      ! To use density and not density anomaly
377      IF ( lk_vvl ) THEN   ;     znad = 1._wp          ! Variable volume
378      ELSE                 ;     znad = 0._wp         ! Fixed volume
379      ENDIF
380
381      ! Surface value
382      DO jj = 2, jpjm1
383         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.   
384            ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces
385            zhpi(ji,jj,1) = zcoef0 / e1u(ji,jj) * ( fse3w(ji+1,jj  ,1) * ( znad + rhd(ji+1,jj  ,1) )   &
386               &                                  - fse3w(ji  ,jj  ,1) * ( znad + rhd(ji  ,jj  ,1) ) )
387            zhpj(ji,jj,1) = zcoef0 / e2v(ji,jj) * ( fse3w(ji  ,jj+1,1) * ( znad + rhd(ji  ,jj+1,1) )   &
388               &                                  - fse3w(ji  ,jj  ,1) * ( znad + rhd(ji  ,jj  ,1) ) )
389            ! s-coordinate pressure gradient correction
390            zuap = -zcoef0 * ( rhd   (ji+1,jj,1) + rhd   (ji,jj,1) + 2._wp * znad )   &
391               &           * ( fsde3w(ji+1,jj,1) - fsde3w(ji,jj,1) ) / e1u(ji,jj)
392            zvap = -zcoef0 * ( rhd   (ji,jj+1,1) + rhd   (ji,jj,1) + 2._wp * znad )   &
393               &           * ( fsde3w(ji,jj+1,1) - fsde3w(ji,jj,1) ) / e2v(ji,jj)
394            ! add to the general momentum trend
395            ua(ji,jj,1) = ua(ji,jj,1) + zhpi(ji,jj,1) + zuap
396            va(ji,jj,1) = va(ji,jj,1) + zhpj(ji,jj,1) + zvap
397         END DO 
398      END DO   
399           
400      ! interior value (2=<jk=<jpkm1)
401      DO jk = 2, jpkm1                                 
402         DO jj = 2, jpjm1     
403            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.     
404               ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces
405               zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1) + zcoef0 / e1u(ji,jj)   & 
406                  &           * (  fse3w(ji+1,jj,jk) * ( rhd(ji+1,jj,jk) + rhd(ji+1,jj,jk-1) + 2*znad )   & 
407                  &              - fse3w(ji  ,jj,jk) * ( rhd(ji  ,jj,jk) + rhd(ji  ,jj,jk-1) + 2*znad )  )
408               zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk-1) + zcoef0 / e2v(ji,jj)   &
409                  &           * (  fse3w(ji,jj+1,jk) * ( rhd(ji,jj+1,jk) + rhd(ji,jj+1,jk-1) + 2*znad )   &
410                  &              - fse3w(ji,jj  ,jk) * ( rhd(ji,jj,  jk) + rhd(ji,jj  ,jk-1) + 2*znad )  )
411               ! s-coordinate pressure gradient correction
412               zuap = -zcoef0 * ( rhd   (ji+1,jj  ,jk) + rhd   (ji,jj,jk) + 2._wp * znad )   &
413                  &           * ( fsde3w(ji+1,jj  ,jk) - fsde3w(ji,jj,jk) ) / e1u(ji,jj)
414               zvap = -zcoef0 * ( rhd   (ji  ,jj+1,jk) + rhd   (ji,jj,jk) + 2._wp * znad )   &
415                  &           * ( fsde3w(ji  ,jj+1,jk) - fsde3w(ji,jj,jk) ) / e2v(ji,jj)
416               ! add to the general momentum trend
417               ua(ji,jj,jk) = ua(ji,jj,jk) + zhpi(ji,jj,jk) + zuap
418               va(ji,jj,jk) = va(ji,jj,jk) + zhpj(ji,jj,jk) + zvap
419            END DO
420         END DO
421      END DO
422      !
423   END SUBROUTINE hpg_sco
424
425   SUBROUTINE hpg_djc( kt )
426      !!---------------------------------------------------------------------
427      !!                  ***  ROUTINE hpg_djc  ***
428      !!
429      !! ** Method  :   Density Jacobian with Cubic polynomial scheme
430      !!
431      !! Reference: Shchepetkin and McWilliams, J. Geophys. Res., 108(C3), 3090, 2003
432      !!----------------------------------------------------------------------
433      USE wrk_nemo, ONLY:   wrk_in_use, wrk_not_released
434      USE oce     , ONLY:   tsa                         ! (tsa) used as 2 3D workspace
435      USE wrk_nemo, ONLY:   drhox => wrk_3d_1  , dzx  => wrk_3d_2
436      USE wrk_nemo, ONLY:   drhou => wrk_3d_3  , dzu  => wrk_3d_4 , rho_i => wrk_3d_5
437      USE wrk_nemo, ONLY:   drhoy => wrk_3d_6  , dzy  => wrk_3d_7
438      USE wrk_nemo, ONLY:   drhov => wrk_3d_8  , dzv  => wrk_3d_9 , rho_j => wrk_3d_10
439      USE wrk_nemo, ONLY:   drhoz => wrk_3d_11 , dzz  => wrk_3d_12 
440      USE wrk_nemo, ONLY:   drhow => wrk_3d_13 , dzw  => wrk_3d_14
441      USE wrk_nemo, ONLY:   rho_k => wrk_3d_15
442      !!
443      INTEGER, INTENT(in) ::   kt    ! ocean time-step index
444      !!
445      INTEGER  ::   ji, jj, jk          ! dummy loop indices
446      REAL(wp) ::   zcoef0, zep, cffw   ! temporary scalars
447      REAL(wp) ::   z1_10, cffu, cffx   !    "         "
448      REAL(wp) ::   z1_12, cffv, cffy   !    "         "
449      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::  zhpi, zhpj 
450      !!----------------------------------------------------------------------
451
452      IF( wrk_in_use(3, 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15) ) THEN
453         CALL ctl_stop('dyn:hpg_djc: requested workspace arrays unavailable')   ;   RETURN
454      ENDIF
455      !
456      zhpi => tsa(:,:,:,1) 
457      zhpj => tsa(:,:,:,2) 
458
459      IF( kt == nit000 ) THEN
460         IF(lwp) WRITE(numout,*)
461         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_djc : hydrostatic pressure gradient trend'
462         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   s-coordinate case, density Jacobian with cubic polynomial scheme'
463      ENDIF
464
465      ! Local constant initialization
466      zcoef0 = - grav * 0.5_wp
467      z1_10  = 1._wp / 10._wp
468      z1_12  = 1._wp / 12._wp
469
470      !----------------------------------------------------------------------------------------
471      !  compute and store in provisional arrays elementary vertical and horizontal differences
472      !----------------------------------------------------------------------------------------
473
474!!bug gm   Not a true bug, but... dzz=e3w  for dzx, dzy verify what it is really
475
476      DO jk = 2, jpkm1
477         DO jj = 2, jpjm1
478            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
479               drhoz(ji,jj,jk) = rhd   (ji  ,jj  ,jk) - rhd   (ji,jj,jk-1)
480               dzz  (ji,jj,jk) = fsde3w(ji  ,jj  ,jk) - fsde3w(ji,jj,jk-1)
481               drhox(ji,jj,jk) = rhd   (ji+1,jj  ,jk) - rhd   (ji,jj,jk  )
482               dzx  (ji,jj,jk) = fsde3w(ji+1,jj  ,jk) - fsde3w(ji,jj,jk  )
483               drhoy(ji,jj,jk) = rhd   (ji  ,jj+1,jk) - rhd   (ji,jj,jk  )
484               dzy  (ji,jj,jk) = fsde3w(ji  ,jj+1,jk) - fsde3w(ji,jj,jk  )
485            END DO
486         END DO
487      END DO
488
489      !-------------------------------------------------------------------------
490      ! compute harmonic averages using eq. 5.18
491      !-------------------------------------------------------------------------
492      zep = 1.e-15
493
494!!bug  gm  drhoz not defined at level 1 and used (jk-1 with jk=2)
495!!bug  gm  idem for drhox, drhoy et ji=jpi and jj=jpj
496
497      DO jk = 2, jpkm1
498         DO jj = 2, jpjm1
499            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
500               cffw = 2._wp * drhoz(ji  ,jj  ,jk) * drhoz(ji,jj,jk-1)
501
502               cffu = 2._wp * drhox(ji+1,jj  ,jk) * drhox(ji,jj,jk  )
503               cffx = 2._wp * dzx  (ji+1,jj  ,jk) * dzx  (ji,jj,jk  )
504 
505               cffv = 2._wp * drhoy(ji  ,jj+1,jk) * drhoy(ji,jj,jk  )
506               cffy = 2._wp * dzy  (ji  ,jj+1,jk) * dzy  (ji,jj,jk  )
507
508               IF( cffw > zep) THEN
509                  drhow(ji,jj,jk) = 2._wp *   drhoz(ji,jj,jk) * drhoz(ji,jj,jk-1)   &
510                     &                    / ( drhoz(ji,jj,jk) + drhoz(ji,jj,jk-1) )
511               ELSE
512                  drhow(ji,jj,jk) = 0._wp
513               ENDIF
514
515               dzw(ji,jj,jk) = 2._wp *   dzz(ji,jj,jk) * dzz(ji,jj,jk-1)   &
516                  &                  / ( dzz(ji,jj,jk) + dzz(ji,jj,jk-1) )
517
518               IF( cffu > zep ) THEN
519                  drhou(ji,jj,jk) = 2._wp *   drhox(ji+1,jj,jk) * drhox(ji,jj,jk)   &
520                     &                    / ( drhox(ji+1,jj,jk) + drhox(ji,jj,jk) )
521               ELSE
522                  drhou(ji,jj,jk ) = 0._wp
523               ENDIF
524
525               IF( cffx > zep ) THEN
526                  dzu(ji,jj,jk) = 2._wp *   dzx(ji+1,jj,jk) * dzx(ji,jj,jk)   &
527                     &                  / ( dzx(ji+1,jj,jk) + dzx(ji,jj,jk) )
528               ELSE
529                  dzu(ji,jj,jk) = 0._wp
530               ENDIF
531
532               IF( cffv > zep ) THEN
533                  drhov(ji,jj,jk) = 2._wp *   drhoy(ji,jj+1,jk) * drhoy(ji,jj,jk)   &
534                     &                    / ( drhoy(ji,jj+1,jk) + drhoy(ji,jj,jk) )
535               ELSE
536                  drhov(ji,jj,jk) = 0._wp
537               ENDIF
538
539               IF( cffy > zep ) THEN
540                  dzv(ji,jj,jk) = 2._wp *   dzy(ji,jj+1,jk) * dzy(ji,jj,jk)   &
541                     &                  / ( dzy(ji,jj+1,jk) + dzy(ji,jj,jk) )
542               ELSE
543                  dzv(ji,jj,jk) = 0._wp
544               ENDIF
545
546            END DO
547         END DO
548      END DO
549
550      !----------------------------------------------------------------------------------
551      ! apply boundary conditions at top and bottom using 5.36-5.37
552      !----------------------------------------------------------------------------------
553      drhow(:,:, 1 ) = 1.5_wp * ( drhoz(:,:, 2 ) - drhoz(:,:,  1  ) ) - 0.5_wp * drhow(:,:,  2  )
554      drhou(:,:, 1 ) = 1.5_wp * ( drhox(:,:, 2 ) - drhox(:,:,  1  ) ) - 0.5_wp * drhou(:,:,  2  )
555      drhov(:,:, 1 ) = 1.5_wp * ( drhoy(:,:, 2 ) - drhoy(:,:,  1  ) ) - 0.5_wp * drhov(:,:,  2  )
556
557      drhow(:,:,jpk) = 1.5_wp * ( drhoz(:,:,jpk) - drhoz(:,:,jpkm1) ) - 0.5_wp * drhow(:,:,jpkm1)
558      drhou(:,:,jpk) = 1.5_wp * ( drhox(:,:,jpk) - drhox(:,:,jpkm1) ) - 0.5_wp * drhou(:,:,jpkm1)
559      drhov(:,:,jpk) = 1.5_wp * ( drhoy(:,:,jpk) - drhoy(:,:,jpkm1) ) - 0.5_wp * drhov(:,:,jpkm1)
560
561
562      !--------------------------------------------------------------
563      ! Upper half of top-most grid box, compute and store
564      !-------------------------------------------------------------
565
566!!bug gm   :  e3w-de3w = 0.5*e3w  ....  and de3w(2)-de3w(1)=e3w(2) ....   to be verified
567!          true if de3w is really defined as the sum of the e3w scale factors as, it seems to me, it should be
568
569      DO jj = 2, jpjm1
570         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
571            rho_k(ji,jj,1) = -grav * ( fse3w(ji,jj,1) - fsde3w(ji,jj,1) )               &
572               &                   * (  rhd(ji,jj,1)                                    &
573               &                     + 0.5_wp * ( rhd(ji,jj,2) - rhd(ji,jj,1) )         &
574               &                              * ( fse3w (ji,jj,1) - fsde3w(ji,jj,1) )   &
575               &                              / ( fsde3w(ji,jj,2) - fsde3w(ji,jj,1) )  ) 
576         END DO
577      END DO
578
579!!bug gm    : here also, simplification is possible
580!!bug gm    : optimisation: 1/10 and 1/12 the division should be done before the loop
581
582      DO jk = 2, jpkm1
583         DO jj = 2, jpjm1
584            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
585
586               rho_k(ji,jj,jk) = zcoef0 * ( rhd   (ji,jj,jk) + rhd   (ji,jj,jk-1) )                                   &
587                  &                     * ( fsde3w(ji,jj,jk) - fsde3w(ji,jj,jk-1) )                                   &
588                  &            - grav * z1_10 * (                                                                     &
589                  &     ( drhow (ji,jj,jk) - drhow (ji,jj,jk-1) )                                                     &
590                  &   * ( fsde3w(ji,jj,jk) - fsde3w(ji,jj,jk-1) - z1_12 * ( dzw  (ji,jj,jk) + dzw  (ji,jj,jk-1) ) )   &
591                  &   - ( dzw   (ji,jj,jk) - dzw   (ji,jj,jk-1) )                                                     &
592                  &   * ( rhd   (ji,jj,jk) - rhd   (ji,jj,jk-1) - z1_12 * ( drhow(ji,jj,jk) + drhow(ji,jj,jk-1) ) )   &
593                  &                             )
594
595               rho_i(ji,jj,jk) = zcoef0 * ( rhd   (ji+1,jj,jk) + rhd   (ji,jj,jk) )                                   &
596                  &                     * ( fsde3w(ji+1,jj,jk) - fsde3w(ji,jj,jk) )                                   &
597                  &            - grav* z1_10 * (                                                                      &
598                  &     ( drhou (ji+1,jj,jk) - drhou (ji,jj,jk) )                                                     &
599                  &   * ( fsde3w(ji+1,jj,jk) - fsde3w(ji,jj,jk) - z1_12 * ( dzu  (ji+1,jj,jk) + dzu  (ji,jj,jk) ) )   &
600                  &   - ( dzu   (ji+1,jj,jk) - dzu   (ji,jj,jk) )                                                     &
601                  &   * ( rhd   (ji+1,jj,jk) - rhd   (ji,jj,jk) - z1_12 * ( drhou(ji+1,jj,jk) + drhou(ji,jj,jk) ) )   &
602                  &                            )
603
604               rho_j(ji,jj,jk) = zcoef0 * ( rhd   (ji,jj+1,jk) + rhd   (ji,jj,jk) )                                   &
605                  &                     * ( fsde3w(ji,jj+1,jk) - fsde3w(ji,jj,jk) )                                   &
606                  &            - grav* z1_10 * (                                                                      &
607                  &     ( drhov (ji,jj+1,jk) - drhov (ji,jj,jk) )                                                     &
608                  &   * ( fsde3w(ji,jj+1,jk) - fsde3w(ji,jj,jk) - z1_12 * ( dzv  (ji,jj+1,jk) + dzv  (ji,jj,jk) ) )   &
609                  &   - ( dzv   (ji,jj+1,jk) - dzv   (ji,jj,jk) )                                                     &
610                  &   * ( rhd   (ji,jj+1,jk) - rhd   (ji,jj,jk) - z1_12 * ( drhov(ji,jj+1,jk) + drhov(ji,jj,jk) ) )   &
611                  &                            )
612
613            END DO
614         END DO
615      END DO
616      CALL lbc_lnk(rho_k,'W',1.)
617      CALL lbc_lnk(rho_i,'U',1.)
618      CALL lbc_lnk(rho_j,'V',1.)
619
620
621      ! ---------------
622      !  Surface value
623      ! ---------------
624      DO jj = 2, jpjm1
625         DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
626            zhpi(ji,jj,1) = ( rho_k(ji+1,jj  ,1) - rho_k(ji,jj,1) - rho_i(ji,jj,1) ) / e1u(ji,jj)
627            zhpj(ji,jj,1) = ( rho_k(ji  ,jj+1,1) - rho_k(ji,jj,1) - rho_j(ji,jj,1) ) / e2v(ji,jj)
628            ! add to the general momentum trend
629            ua(ji,jj,1) = ua(ji,jj,1) + zhpi(ji,jj,1)
630            va(ji,jj,1) = va(ji,jj,1) + zhpj(ji,jj,1)
631         END DO
632      END DO
633
634      ! ----------------
635      !  interior value   (2=<jk=<jpkm1)
636      ! ----------------
637      DO jk = 2, jpkm1
638         DO jj = 2, jpjm1 
639            DO ji = fs_2, fs_jpim1   ! vector opt.
640               ! hydrostatic pressure gradient along s-surfaces
641               zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1)                                &
642                  &           + (  ( rho_k(ji+1,jj,jk) - rho_k(ji,jj,jk  ) )    &
643                  &              - ( rho_i(ji  ,jj,jk) - rho_i(ji,jj,jk-1) )  ) / e1u(ji,jj)
644               zhpj(ji,jj,jk) = zhpj(ji,jj,jk-1)                                &
645                  &           + (  ( rho_k(ji,jj+1,jk) - rho_k(ji,jj,jk  ) )    &
646                  &               -( rho_j(ji,jj  ,jk) - rho_j(ji,jj,jk-1) )  ) / e2v(ji,jj)
647               ! add to the general momentum trend
648               ua(ji,jj,jk) = ua(ji,jj,jk) + zhpi(ji,jj,jk)
649               va(ji,jj,jk) = va(ji,jj,jk) + zhpj(ji,jj,jk)
650            END DO
651         END DO
652      END DO
653      !
654      IF( wrk_not_released(3, 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15) )   &
655         CALL ctl_stop('dyn:hpg_djc: failed to release workspace arrays')
656      !
657   END SUBROUTINE hpg_djc
658
659
660   SUBROUTINE hpg_prj( kt )
661      !!---------------------------------------------------------------------
662      !!                  ***  ROUTINE hpg_prj  ***
663      !!
664      !! ** Method  :   s-coordinate case.
665      !!      A Pressure-Jacobian horizontal pressure gradient method
666      !!      based on the constrained cubic-spline interpolation for
667      !!      all vertical coordinate systems
668      !!
669      !! ** Action : - Update (ua,va) with the now hydrastatic pressure trend
670      !!             - Save the trend (l_trddyn=T)
671      !!
672      !!----------------------------------------------------------------------
673
674      USE wrk_nemo, ONLY:   wrk_in_use, wrk_not_released
675      USE oce     , ONLY:   tsa                          ! (tsa) used as 2 3D workspace
676      USE wrk_nemo, ONLY:   zhpi => wrk_3d_3 
677      USE wrk_nemo, ONLY:   zu   => wrk_3d_4 
678      USE wrk_nemo, ONLY:   zv   => wrk_3d_5
679      USE wrk_nemo, ONLY:   fsp  => wrk_3d_6
680      USE wrk_nemo, ONLY:   xsp  => wrk_3d_7
681      USE wrk_nemo, ONLY:   asp  => wrk_3d_8
682      USE wrk_nemo, ONLY:   bsp  => wrk_3d_9
683      USE wrk_nemo, ONLY:   csp  => wrk_3d_10
684      USE wrk_nemo, ONLY:   dsp  => wrk_3d_11
685      !!
686      !!----------------------------------------------------------------------
687      !!
688      INTEGER, PARAMETER  :: polynomial_type = 1    ! 1: cubic spline, 2: linear
689      INTEGER, INTENT(in) ::   kt                   ! ocean time-step index
690      !!
691      INTEGER  ::   ji, jj, jk, jkk                 ! dummy loop indices
692      REAL(wp) ::   zcoef0, znad                    ! temporary scalars
693      !!
694      !! The local variables for the correction term
695      INTEGER  :: jk1, jis, jid, jjs, jjd
696      REAL(wp) :: zuijk, zvijk, zpwes, zpwed, zpnss, zpnsd, zdeps
697      REAL(wp) :: zrhdt1 
698      REAL(wp) :: zdpdx1, zdpdx2, zdpdy1, zdpdy2
699      INTEGER  :: zbhitwe, zbhitns
700      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::   zdeptht, zrhh 
701      !!----------------------------------------------------------------------
702
703      IF( wrk_in_use(3, 3,4,5,6,7,8,9,10,11) ) THEN
704         CALL ctl_stop('dyn:hpg_prj: requested workspace arrays unavailable')   ;   RETURN
705      ENDIF
706      !
707      zdeptht => tsa(:,:,:,1) 
708      zrhh    => tsa(:,:,:,2) 
709
710      IF( kt == nit000 ) THEN
711         IF(lwp) WRITE(numout,*)
712         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'dyn:hpg_prj : hydrostatic pressure gradient trend'
713         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~   s-coordinate case, cubic spline pressure Jacobian'
714      ENDIF
715
716      !!----------------------------------------------------------------------
717      ! Local constant initialization
718      zcoef0 = - grav 
719      znad = 0.0_wp
720      IF( lk_vvl ) znad = 1._wp
721
722      ! Clean 3-D work arrays
723      zhpi(:,:,:) = 0._wp
724      zrhh(:,:,:) = rhd(:,:,:)
725     
726      ! Preparing vertical density profile for hybrid-sco coordinate
727      DO jj = 1, jpj
728        DO ji = 1, jpi   
729          jk = mbathy(ji,jj)
730          IF( jk <= 0 ) THEN; zrhh(ji,jj,:) = 0._wp
731          ELSE IF(jk == 1) THEN; zrhh(ji,jj, jk+1:jpk) = rhd(ji,jj,jk)
732          ELSE IF(jk < jpkm1) THEN
733             DO jkk = jk+1, jpk
734                zrhh(ji,jj,jkk) = interp1(fsde3w(ji,jj,jkk),   fsde3w(ji,jj,jkk-1), &
735                                         fsde3w(ji,jj,jkk-2), rhd(ji,jj,jkk-1), rhd(ji,jj,jkk-2))
736             END DO
737          ENDIF
738        END DO
739      END DO
740
741      DO jj = 1, jpj
742        DO ji = 1, jpi
743          zdeptht(ji,jj,1) = 0.5_wp * fse3w(ji,jj,1)
744          zdeptht(ji,jj,1) = zdeptht(ji,jj,1) - sshn(ji,jj) * znad
745          DO jk = 2, jpk
746             zdeptht(ji,jj,jk) = zdeptht(ji,jj,jk-1) + fse3w(ji,jj,jk)
747          END DO
748        END DO
749      END DO
750
751      DO jk = 1, jpkm1
752        DO jj = 1, jpj
753          DO ji = 1, jpi
754            fsp(ji,jj,jk) = zrhh(ji,jj,jk)
755            xsp(ji,jj,jk) = zdeptht(ji,jj,jk)
756          END DO
757        END DO
758      END DO
759
760      ! Construct the vertical density profile with the
761      ! constrained cubic spline interpolation
762      CALL cspline(fsp,xsp,asp,bsp,csp,dsp,polynomial_type)     
763
764      ! Calculate the hydrostatic pressure at T(ji,jj,1)
765      DO jj = 2, jpj
766        DO ji = 2, jpi 
767          zrhdt1 = zrhh(ji,jj,1) - interp3(zdeptht(ji,jj,1),asp(ji,jj,1), &
768                                         bsp(ji,jj,1),   csp(ji,jj,1), &
769                                         dsp(ji,jj,1) ) * 0.5_wp * zdeptht(ji,jj,1)
770          zrhdt1 = MAX(zrhdt1, 1000._wp - rau0)        ! no lighter than fresh water
771
772          ! assuming linear profile across the top half surface layer
773          zhpi(ji,jj,1) =  0.5_wp * fse3w(ji,jj,1) * zrhdt1 
774        END DO
775      END DO
776
777      ! Calculate the pressure at T(ji,jj,2:jpkm1)
778      DO jk = 2, jpkm1                                 
779        DO jj = 2, jpj     
780          DO ji = 2, jpi
781            zhpi(ji,jj,jk) = zhpi(ji,jj,jk-1) +                          &
782                             integ2(zdeptht(ji,jj,jk-1), zdeptht(ji,jj,jk),&
783                                    asp(ji,jj,jk-1),    bsp(ji,jj,jk-1), &
784                                    csp(ji,jj,jk-1),    dsp(ji,jj,jk-1))
785          END DO
786        END DO
787      END DO
788
789      ! Z coordinate of U(ji,jj,1:jpkm1) and V(ji,jj,1:jpkm1)
790      DO jj = 2, jpjm1     
791        DO ji = 2, jpim1 
792          zu(ji,jj,1) = - ( fse3u(ji,jj,1) - sshu_n(ji,jj) * znad)
793          zv(ji,jj,1) = - ( fse3v(ji,jj,1) - sshv_n(ji,jj) * znad)
794        END DO
795      END DO
796
797      DO jk = 2, jpkm1                                 
798        DO jj = 2, jpjm1     
799          DO ji = 2, jpim1 
800            zu(ji,jj,jk) = zu(ji,jj,jk-1)- fse3u(ji,jj,jk)
801            zv(ji,jj,jk) = zv(ji,jj,jk-1)- fse3v(ji,jj,jk)
802          END DO
803        END DO
804      END DO
805               
806      DO jk = 1, jpkm1                                 
807        DO jj = 2, jpjm1     
808          DO ji = 2, jpim1 
809            zu(ji,jj,jk) = zu(ji,jj,jk) + 0.5_wp * fse3u(ji,jj,jk)
810            zv(ji,jj,jk) = zv(ji,jj,jk) + 0.5_wp * fse3v(ji,jj,jk)
811          END DO
812        END DO
813      END DO
814
815      DO jk = 1, jpkm1                                 
816        DO jj = 2, jpjm1     
817          DO ji = 2, jpim1 
818            zpwes = 0._wp; zpwed = 0._wp
819            zpnss = 0._wp; zpnsd = 0._wp
820            zuijk = zu(ji,jj,jk)
821            zvijk = zv(ji,jj,jk)
822
823            !!!!!     for u equation
824            IF( jk <= mbku(ji,jj) ) THEN
825               IF( -zdeptht(ji+1,jj,mbku(ji,jj)) >= -zdeptht(ji,jj,mbku(ji,jj)) ) THEN
826                 jis = ji + 1; jid = ji
827               ELSE
828                 jis = ji;     jid = ji +1
829               ENDIF
830
831               ! integrate the pressure on the shallow side
832               jk1 = jk 
833               zbhitwe = 0
834               DO WHILE ( -zdeptht(jis,jj,jk1) > zuijk )
835                 IF( jk1 == mbku(ji,jj) ) THEN
836                   zbhitwe = 1
837                   EXIT
838                 ENDIF
839                 zdeps = MIN(zdeptht(jis,jj,jk1+1), -zuijk)
840                 zpwes = zpwes +                                    & 
841                      integ2(zdeptht(jis,jj,jk1), zdeps,            &
842                             asp(jis,jj,jk1),    bsp(jis,jj,jk1), &
843                             csp(jis,jj,jk1),    dsp(jis,jj,jk1))
844                 jk1 = jk1 + 1
845               END DO
846           
847               IF(zbhitwe == 1) THEN
848                 zuijk = -zdeptht(jis,jj,jk1)
849               ENDIF
850
851               ! integrate the pressure on the deep side
852               jk1 = jk 
853               zbhitwe = 0
854               DO WHILE ( -zdeptht(jid,jj,jk1) < zuijk )
855                 IF( jk1 == 1 ) THEN
856                   zbhitwe = 1
857                   EXIT
858                 ENDIF
859                 zdeps = MAX(zdeptht(jid,jj,jk1-1), -zuijk)
860                 zpwed = zpwed +                                        & 
861                        integ2(zdeps,              zdeptht(jid,jj,jk1), &
862                               asp(jid,jj,jk1-1), bsp(jid,jj,jk1-1),  &
863                               csp(jid,jj,jk1-1), dsp(jid,jj,jk1-1) )
864                 jk1 = jk1 - 1
865               END DO
866           
867               IF( zbhitwe == 1 ) THEN
868                 zdeps = zdeptht(jid,jj,1) + MIN(zuijk, sshn(jid,jj)*znad)
869                 zrhdt1 = zrhh(jid,jj,1) - interp3(zdeptht(jid,jj,1), asp(jid,jj,1), &
870                                                 bsp(jid,jj,1),    csp(jid,jj,1), &
871                                                 dsp(jid,jj,1)) * zdeps
872                 zrhdt1 = MAX(zrhdt1, 1000._wp - rau0)        ! no lighter than fresh water
873                 zpwed  = zpwed + 0.5_wp * (zrhh(jid,jj,1) + zrhdt1) * zdeps
874               ENDIF
875
876               ! update the momentum trends in u direction
877
878               zdpdx1 = zcoef0 / e1u(ji,jj) * (zhpi(ji+1,jj,jk) - zhpi(ji,jj,jk))
879               IF( lk_vvl ) THEN
880                 zdpdx2 = zcoef0 / e1u(ji,jj) * & 
881                         ( REAL(jis-jid, wp) * (zpwes + zpwed) + (sshn(ji+1,jj)-sshn(ji,jj)) ) 
882                ELSE
883                 zdpdx2 = zcoef0 / e1u(ji,jj) * REAL(jis-jid, wp) * (zpwes + zpwed) 
884               ENDIF
885
886               ua(ji,jj,jk) = ua(ji,jj,jk) + (zdpdx1 + zdpdx2) * &
887               &           umask(ji,jj,jk) * tmask(ji,jj,jk) * tmask(ji+1,jj,jk)
888            ENDIF
889 
890            !!!!!     for v equation
891            IF( jk <= mbkv(ji,jj) ) THEN
892               IF( -zdeptht(ji,jj+1,mbkv(ji,jj)) >= -zdeptht(ji,jj,mbkv(ji,jj)) ) THEN
893                 jjs = jj + 1; jjd = jj
894               ELSE
895                 jjs = jj    ; jjd = jj + 1
896               ENDIF
897
898               ! integrate the pressure on the shallow side
899               jk1 = jk 
900               zbhitns = 0
901               DO WHILE ( -zdeptht(ji,jjs,jk1) > zvijk )
902                 IF( jk1 == mbkv(ji,jj) ) THEN
903                   zbhitns = 1
904                   EXIT
905                 ENDIF
906                 zdeps = MIN(zdeptht(ji,jjs,jk1+1), -zvijk)
907                 zpnss = zpnss +                                      & 
908                        integ2(zdeptht(ji,jjs,jk1), zdeps,            &
909                               asp(ji,jjs,jk1),    bsp(ji,jjs,jk1), &
910                               csp(ji,jjs,jk1),    dsp(ji,jjs,jk1) )
911                 jk1 = jk1 + 1
912               END DO
913           
914               IF(zbhitns == 1) THEN
915                 zvijk = -zdeptht(ji,jjs,jk1)
916               ENDIF
917
918               ! integrate the pressure on the deep side
919               jk1 = jk 
920               zbhitns = 0
921               DO WHILE ( -zdeptht(ji,jjd,jk1) < zvijk )
922                 IF( jk1 == 1 ) THEN
923                   zbhitns = 1
924                   EXIT
925                 ENDIF
926                 zdeps = MAX(zdeptht(ji,jjd,jk1-1), -zvijk)
927                 zpnsd = zpnsd +                                        & 
928                        integ2(zdeps,              zdeptht(ji,jjd,jk1), &
929                               asp(ji,jjd,jk1-1), bsp(ji,jjd,jk1-1), &
930                               csp(ji,jjd,jk1-1), dsp(ji,jjd,jk1-1) )
931                 jk1 = jk1 - 1
932               END DO
933           
934               IF( zbhitns == 1 ) THEN
935                 zdeps = zdeptht(ji,jjd,1) + MIN(zvijk, sshn(ji,jjd)*znad)
936                 zrhdt1 = zrhh(ji,jjd,1) - interp3(zdeptht(ji,jjd,1), asp(ji,jjd,1), &
937                                                 bsp(ji,jjd,1),    csp(ji,jjd,1), &
938                                                 dsp(ji,jjd,1) ) * zdeps
939                 zrhdt1 = MAX(zrhdt1, 1000._wp - rau0)        ! no lighter than fresh water
940                 zpnsd  = zpnsd + 0.5_wp * (zrhh(ji,jjd,1) + zrhdt1) * zdeps
941               ENDIF
942
943               ! update the momentum trends in v direction
944
945               zdpdy1 = zcoef0 / e2v(ji,jj) * (zhpi(ji,jj+1,jk) - zhpi(ji,jj,jk))
946               IF( lk_vvl ) THEN
947                   zdpdy2 = zcoef0 / e2v(ji,jj) * &
948                           ( REAL(jjs-jjd, wp) * (zpnss + zpnsd) + (sshn(ji,jj+1)-sshn(ji,jj)) ) 
949               ELSE
950                   zdpdy2 = zcoef0 / e2v(ji,jj) * REAL(jjs-jjd, wp) * (zpnss + zpnsd ) 
951               ENDIF
952
953               va(ji,jj,jk) = va(ji,jj,jk) + (zdpdy1 + zdpdy2)*&
954               &              vmask(ji,jj,jk)*tmask(ji,jj,jk)*tmask(ji,jj+1,jk)
955            ENDIF
956
957                   
958           END DO
959        END DO
960      END DO
961
962      !
963      IF( wrk_not_released(3, 3,4,5,6,7,8,9,10,11) )   &
964         CALL ctl_stop('dyn:hpg_prj: failed to release workspace arrays')
965      !
966   END SUBROUTINE hpg_prj
967
968   SUBROUTINE cspline(fsp, xsp, asp, bsp, csp, dsp, polynomial_type)
969      !!----------------------------------------------------------------------
970      !!                 ***  ROUTINE cspline  ***
971      !!       
972      !! ** Purpose :   constrained cubic spline interpolation
973      !!         
974      !! ** Method  :   f(x) = asp + bsp*x + csp*x^2 + dsp*x^3
975      !! Reference: K.W. Brodlie, A review of mehtods for curve and function
976      !!                          drawing, 1980
977      !!
978      !!----------------------------------------------------------------------
979      IMPLICIT NONE
980      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(in)  :: fsp, xsp           ! value and coordinate
981      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), INTENT(out) :: asp, bsp, csp, dsp ! coefficients of
982                                                                    ! the interpoated function
983      INTEGER, INTENT(in) :: polynomial_type                        ! 1: cubic spline
984                                                                    ! 2: Linear
985
986      ! Local Variables     
987      INTEGER  ::   ji, jj, jk                 ! dummy loop indices
988      INTEGER  ::   jpi, jpj, jpkm1
989      REAL(wp) ::   zdf1, zdf2, zddf1, zddf2, ztmp1, ztmp2, zdxtmp
990      REAL(wp) ::   zdxtmp1, zdxtmp2, zalpha
991      REAL(wp) ::   zdf(size(fsp,3))
992      !!----------------------------------------------------------------------
993
994      jpi   = size(fsp,1)
995      jpj   = size(fsp,2)
996      jpkm1 = size(fsp,3) - 1
997
998      ! Clean output arrays
999      asp = 0.0_wp
1000      bsp = 0.0_wp
1001      csp = 0.0_wp
1002      dsp = 0.0_wp
1003     
1004      DO ji = 1, jpi
1005        DO jj = 1, jpj
1006          IF (polynomial_type == 1) THEN     ! Constrained Cubic Spline
1007             DO jk = 2, jpkm1-1
1008                zdxtmp1 = xsp(ji,jj,jk)   - xsp(ji,jj,jk-1) 
1009                zdxtmp2 = xsp(ji,jj,jk+1) - xsp(ji,jj,jk) 
1010                zdf1    = ( fsp(ji,jj,jk)   - fsp(ji,jj,jk-1) ) / zdxtmp1
1011                zdf2    = ( fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk)   ) / zdxtmp2
1012   
1013                zalpha = ( zdxtmp1 + 2._wp * zdxtmp2 ) / ( zdxtmp1 + zdxtmp2 ) / 3._wp
1014             
1015                IF(zdf1 * zdf2 <= 0._wp) THEN
1016                    zdf(jk) = 0._wp
1017                ELSE
1018                  zdf(jk) = zdf1 * zdf2 / ( ( 1._wp - zalpha ) * zdf1 + zalpha * zdf2 )
1019                ENDIF
1020             END DO
1021
1022             zdf(1)     = 1.5_wp * ( fsp(ji,jj,2) - fsp(ji,jj,1) ) / &
1023                        &          ( xsp(ji,jj,2) - xsp(ji,jj,1) ) -  0.5_wp * zdf(2)
1024             zdf(jpkm1) = 1.5_wp * ( fsp(ji,jj,jpkm1) - fsp(ji,jj,jpkm1-1) ) / &
1025                        &          ( xsp(ji,jj,jpkm1) - xsp(ji,jj,jpkm1-1) ) - &
1026                        & 0.5_wp * zdf(jpkm1 - 1)
1027   
1028             DO jk = 1, jpkm1 - 1
1029                zdxtmp = xsp(ji,jj,jk+1) - xsp(ji,jj,jk) 
1030                ztmp1  = (zdf(jk+1) + 2._wp * zdf(jk)) / zdxtmp
1031                ztmp2  =  6._wp * (fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk)) / zdxtmp / zdxtmp
1032                zddf1  = -2._wp * ztmp1 + ztmp2 
1033                ztmp1  = (2._wp * zdf(jk+1) + zdf(jk)) / zdxtmp
1034                zddf2  =  2._wp * ztmp1 - ztmp2 
1035   
1036                dsp(ji,jj,jk) = (zddf2 - zddf1) / 6._wp / zdxtmp
1037                csp(ji,jj,jk) = ( xsp(ji,jj,jk+1) * zddf1 - xsp(ji,jj,jk)*zddf2 ) / 2._wp / zdxtmp
1038                bsp(ji,jj,jk) = ( fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk) ) / zdxtmp - & 
1039                              & csp(ji,jj,jk) * ( xsp(ji,jj,jk+1) + xsp(ji,jj,jk) ) - &
1040                              & dsp(ji,jj,jk) * ( xsp(ji,jj,jk+1)**2 + &
1041                              &                   xsp(ji,jj,jk+1) * xsp(ji,jj,jk) + &
1042                              &                   xsp(ji,jj,jk)**2 )
1043                asp(ji,jj,jk) = fsp(ji,jj,jk) - bsp(ji,jj,jk) * xsp(ji,jj,jk) - &
1044                              &                 csp(ji,jj,jk) * xsp(ji,jj,jk)**2 - &
1045                              &                 dsp(ji,jj,jk) * xsp(ji,jj,jk)**3
1046             END DO
1047 
1048          ELSE IF (polynomial_type == 2) THEN     ! Linear
1049 
1050             DO jk = 1, jpkm1-1
1051                zdxtmp =xsp(ji,jj,jk+1) - xsp(ji,jj,jk) 
1052                ztmp1 = fsp(ji,jj,jk+1) - fsp(ji,jj,jk)
1053   
1054                dsp(ji,jj,jk) = 0._wp
1055                csp(ji,jj,jk) = 0._wp
1056                bsp(ji,jj,jk) = ztmp1 / zdxtmp
1057                asp(ji,jj,jk) = fsp(ji,jj,jk) - bsp(ji,jj,jk) * xsp(ji,jj,jk)
1058             END DO
1059
1060          ELSE
1061             CALL ctl_stop( 'invalid polynomial type in cspline' )
1062          ENDIF
1063
1064        END DO
1065      END DO
1066     
1067   END SUBROUTINE cspline
1068
1069
1070   FUNCTION interp1(x, xl, xr, fl, fr)  RESULT(f) 
1071      !!----------------------------------------------------------------------
1072      !!                 ***  ROUTINE interp1  ***
1073      !!       
1074      !! ** Purpose :   1-d linear interpolation
1075      !!         
1076      !! ** Method  : 
1077      !!                interpolation is straight forward
1078      !!                extrapolation is also permitted (no value limit)
1079      !!
1080      !! H.Liu, Jan 2009,  POL
1081      !!----------------------------------------------------------------------
1082      IMPLICIT NONE
1083      REAL(wp), INTENT(in) ::  x, xl, xr, fl, fr   
1084      REAL(wp)             ::  f ! result of the interpolation (extrapolation)
1085      REAL(wp)             ::  zdeltx
1086      !!----------------------------------------------------------------------
1087
1088      zdeltx = xr - xl
1089      IF(abs(zdeltx) <= 10._wp * EPSILON(x)) THEN
1090        f = 0.5_wp * (fl + fr)
1091      ELSE
1092        f = ( (x - xl ) * fr - ( x - xr ) * fl ) / zdeltx
1093      ENDIF
1094     
1095   END FUNCTION interp1
1096
1097   FUNCTION interp2(x, a, b, c, d)  RESULT(f) 
1098      !!----------------------------------------------------------------------
1099      !!                 ***  ROUTINE interp1  ***
1100      !!       
1101      !! ** Purpose :   1-d constrained cubic spline interpolation
1102      !!         
1103      !! ** Method  :  cubic spline interpolation
1104      !!
1105      !!----------------------------------------------------------------------
1106      IMPLICIT NONE
1107      REAL(wp), INTENT(in) ::  x, a, b, c, d   
1108      REAL(wp)             ::  f ! value from the interpolation
1109      !!----------------------------------------------------------------------
1110
1111      f = a + x* ( b + x * ( c + d * x ) ) 
1112
1113   END FUNCTION interp2
1114
1115
1116   FUNCTION interp3(x, a, b, c, d)  RESULT(f) 
1117      !!----------------------------------------------------------------------
1118      !!                 ***  ROUTINE interp1  ***
1119      !!       
1120      !! ** Purpose :   Calculate the first order of deriavtive of
1121      !!                a cubic spline function y=a+b*x+c*x^2+d*x^3
1122      !!         
1123      !! ** Method  :   f=dy/dx=b+2*c*x+3*d*x^2
1124      !!
1125      !!----------------------------------------------------------------------
1126      IMPLICIT NONE
1127      REAL(wp), INTENT(in) ::  x, a, b, c, d   
1128      REAL(wp)             ::  f ! value from the interpolation
1129      !!----------------------------------------------------------------------
1130
1131      f = b + x * ( 2._wp * c + 3._wp * d * x)
1132
1133   END FUNCTION interp3
1134
1135   
1136   FUNCTION integ2(xl, xr, a, b, c, d)  RESULT(f) 
1137      !!----------------------------------------------------------------------
1138      !!                 ***  ROUTINE interp1  ***
1139      !!       
1140      !! ** Purpose :   1-d constrained cubic spline integration
1141      !!         
1142      !! ** Method  :  integrate polynomial a+bx+cx^2+dx^3 from xl to xr
1143      !!
1144      !!----------------------------------------------------------------------
1145      IMPLICIT NONE
1146      REAL(wp), INTENT(in) ::  xl, xr, a, b, c, d   
1147      REAL(wp)             ::  za1, za2, za3     
1148      REAL(wp)             ::  f                   ! integration result
1149      !!----------------------------------------------------------------------
1150
1151      za1 = 0.5_wp * b 
1152      za2 = c / 3.0_wp 
1153      za3 = 0.25_wp * d 
1154
1155      f  = xr * ( a + xr * ( za1 + xr * ( za2 + za3 * xr ) ) ) - &
1156         & xl * ( a + xl * ( za1 + xl * ( za2 + za3 * xl ) ) )
1157
1158   END FUNCTION integ2
1159
1160
1161   !!======================================================================
1162END MODULE dynhpg
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.